O Naval Research Laboratory (Laboratório de Pesquisa Naval) forneceu financiamento para o desenvolvimento de um motor hipersônico que se transforma, capaz de alterar sua forma durante o voo.
Esse projeto de motor adaptativo ainda está em fase inicial de desenvolvimento, mas mostra-se promissor para superar o desempenho e a eficiência dos motores hipersônicos existentes. Se for bem-sucedido, o motor hipersônico morphing poderá permitir que a aeronave atinja velocidades que variam de 5 a 17 vezes a velocidade do som.
Aeronaves hipersônicas que consomem ar se tornando uma realidade
Os seres humanos alcançaram pela primeira vez o voo hipersônico, ultrapassando cinco vezes a velocidade do som, na década de 1960, principalmente a bordo de espaçonaves movidas a foguete destinadas à órbita. Para escapar da atração gravitacional da Terra, é necessário atingir velocidades de cerca de Mach 22.
Desde então, o trabalho tem se concentrado no desenvolvimento de aeronaves hipersônicas com respiração aérea que possam voar a velocidades bem acima de Mach 5 sem propulsão de foguete. Os motores hipersônicos mais promissores são os scramjets, abreviação de supersonic combustible ramjets (jatos de combustível supersônicos), que consomem ar em velocidades supersônicas para combustão.
No entanto, muitos projetos de scramjet ainda não têm a eficiência e o desempenho necessários para um voo hipersônico prático. A pesquisa em andamento visa otimizar o scramjet e outros projetos de motores hipersônicos para viabilizar as viagens aéreas hipersônicas de rotina.
"Pesquisadores da Universidade da Flórida Central receberam um subsídio do Laboratório de Pesquisa Naval para projetar um motor hipersônico mutante com o objetivo de superar os principais desafios da aviação de alta velocidade.
Seu conceito de motor adaptável pode alterar sua forma interna durante o voo para otimizar o desempenho em condições variáveis em velocidades hipersônicas. Se for bem-sucedido, o projeto de transformação poderá fornecer a eficiência e os recursos aprimorados necessários para tornar práticas as viagens aéreas hipersônicas de rotina. A equipe da universidade está nos estágios iniciais do desenvolvimento dessa tecnologia de motor transformadora.
Motor scramjet adaptável e auto-otimizado pode impulsionar avanços em motores hipersônicos
As condições extremas do voo hipersônico apresentam riscos significativos de falhas catastróficas. Como resultado, a maioria das aeronaves hipersônicas em desenvolvimento visa limitar a complexidade dos componentes, inclusive as asas, a fuselagem e os motores.
“A maioria dos motores hipersônicos é estruturalmente fixa devido ao ambiente de voo desafiador”, explica o pesquisador principal do projeto, Kareem Ahmed, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UCF.
De acordo com o pesquisador principal Ahmed, o foco predominante na simplicidade restringiu o desempenho incremental e os ganhos de eficiência ainda necessários para o voo hipersônico de rotina nos domínios militar e comercial.
Mas ele indica que esse paradigma conservador está prestes a mudar. Com o conceito de motor de transformação da equipe da UCF, Ahmed pretende obter grandes melhorias por meio de um projeto adaptável de geometria variável, apesar de sua maior complexidade.
Se as preocupações com a robustez puderem ser tratadas adequadamente, Ahmed acredita que essa abordagem transformadora fornecerá os recursos de propulsão aprimorados necessários para finalmente viabilizar a aviação hipersônica regular.
“Nossa pesquisa mostrará os ganhos de desempenho de uma configuração de motor adaptável que auto-otimizaria suas superfícies para maximizar a potência de desempenho, o empuxo e a distância de viagem, o que é o primeiro de seu tipo para motores hipersônicos”, explica ele.
Um comunicado à imprensa recente anunciou que Ahmed e sua equipe de pesquisa da Universidade da Flórida Central receberam um subsídio para continuar a desenvolver seu inovador motor scramjet de transformação para voos hipersônicos. A equipe criou um modelo aerotermodinâmico para simular o desempenho do motor em velocidades acima de Mach 5. A aerotermodinâmica estuda como os gases interagem em velocidades e temperaturas extremamente altas.
Usando esse modelo de simulação, a equipe de Ahmed pode testar diferentes configurações de seu motor morfológico em um ambiente virtual. Ao modelar os componentes do motor e expô-los às condições extremas esperadas em velocidades hipersônicas, os pesquisadores podem avaliar as alterações no projeto para otimizar o desempenho e a eficiência do combustível. Esses dois fatores são desafios essenciais para tornar prático o voo hipersônico.
O subsídio mais recente dará suporte à equipe de Ahmed enquanto eles executam simulações para refinar o projeto do scramjet de transformação. A modelagem aerotermodinâmica permite uma rápida iteração sem o custo e o tempo necessários para testes físicos. Se as simulações forem bem-sucedidas, o motor otimizado poderá representar um avanço significativo para a realização de viagens aéreas hipersônicas mais rápidas e eficientes.
Embora ainda esteja nas fases iniciais, a pesquisa do motor scramjet de Ahmed visa possibilitar veículos hipersônicos revolucionários. As possíveis aplicações incluem aeronaves militares de alta velocidade, veículos de resposta rápida para emergências e até mesmo voos comerciais ultrarrápidos de passageiros.
A equipe da Universidade da Flórida Central acredita que os motores hipersônicos poderiam reduzir drasticamente o tempo de viagem em comparação com os jatos comerciais atuais. Por exemplo, os voos de conexão entre Nova York e Los Angeles, que atualmente levam 6 horas, poderiam ser reduzidos para apenas 30 minutos com velocidades hipersônicas.
Entretanto, ainda há muitos obstáculos técnicos antes que as viagens hipersônicas de rotina sejam viáveis. O scramjet metamorfoseado de Ahmed representa uma solução inovadora para melhorar o desempenho e a eficiência da propulsão a mais de Mach 5.
Com a realização de simulações, sua equipe pode refinar o projeto do motor para suportar o calor intenso e as forças de pressão. O subsídio recém-concedido fornece suporte essencial para o progresso da pesquisa, desde os modelos até os futuros protótipos prontos para o voo.
Embora ainda seja uma tecnologia emergente, os motores hipersônicos podem um dia revolucionar a aviação, assim como os jatos revolucionaram décadas atrás. O scramjet metamorfoseado da Ahmed pode ser uma inovação fundamental para concretizar essa visão.
Embora ainda haja desafios pela frente, os sucessos anteriores de Ahmed e sua equipe no desenvolvimento de tecnologias avançadas de propulsão para o Departamento de Defesa os posicionam bem para realizar o sonho de longa data de criar um motor hipersônico transformável.
“Estamos muito felizes por termos sido selecionados para o programa”, disse Ahmed. “Nosso laboratório tem sido um líder e inovador em propulsão hipersônica e de alta velocidade, e esse programa dá ao nosso grupo a oportunidade de contribuir e causar impacto.”
